Anordnung zur Bestimmung des Ortes eines strahlenreflektierenden Gegenstandes.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Bestimmung des Ortes eines trahlenreflektierenden Gegenstandes, mit nicher eine Bewegung dieses Gegenstandes stetig verfolgt werden kann.
Es ist oft erw nscht, den Ort eines strah enreflektierenden Gegenstandes, beispiels weise eines Flugzeuges oder eines Seefahrzeuges, zu bestimmen und die Bewegung dieses Gegenstandes stetig zu verfolgen. Es wurlen bereits dazu geeignete Anordnungen vor geschlagen, welche einen bestimmten Raum @bsehnitt mit einem scharf konzentrierten Strahl periodisch abtasten und die von dem gesuchten Gegenstand reflektierte Strahl @nergie zur Erzeugung eines annähernd photographischen Bildes des abgetasteten Raumes verwerten. Bei Verwendung solcher Anordnungen kann die genaue Feststellung tes s Ortes des gesuchten Gegenstandes in @ezug auf irgendwelche Koordinaten, z. B.
@uf einer Landkarte, im allgemeinen zur lurch Auswertung der Angaben zweier oder nehrerer solcher Anordnungen erfolgen.
Demgegenüber wäre. es erwünscht, dass eine einzige Anordnung den Ort des gesuchten Gegenstandes unmittelbar anzeigt, um die '.'orgenannte mühevolle und zeitraubende Answertung berfl ssig zu machen. Die un- miítelbare Anzeige gibt die Möglichkeit, die Bewegung des Gegenstandes stetig zu verfolgen.
Die Anordnung gemäss der Erfindung, mit der dieses Ziel erreicht wird, zeichnet sich aus durch Mittel zum winkelweisen Abtasten eines bestimmten Raumes mit einem Signalstrahl und zum Empfangen der vom genannten Gegenstand reflektierten Signalenergie, ein Anzeigegerät mit einer Anzeigeflache, Mittel zum Aufzeichnen einer be stimmten Anzahl von aus einem gemeinsa- men Ursprungspunkt t ausgehenden radialen Linien auf die genannte Anzeigefläche sowie dureh für die empfangene Signalenergie empfindliche Mittel zur Erzeugung einer die e Lage des Gegenstandes kennzeiehnenden Anzeige auf einer der genannten Linien.
Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei ? piele näher erläutert. Fig. 1 der Zeichnung gibt eine teilweise schematische Schaltskizze einer vollständigen Ausführungsform der Anordnung gemäss der Erfindung. Fig. 2a, 2b und 2c sowie Fig. 3d, 3e und 3f stellen zur Erläuterung der Arbeitsweise dieser Anordnung dienende Diagramme dar. Fig. 4 zeigt eine Ergänzungsvorrichtung zur Über tragung der durch die Anordnung gemäss Fig. l gelieferten Anzeige auf eine geogra phische Karte. Fig. 5 ist eine teilweise sche- matische.
Schaltskizze einer ändern Ausführungsform der Anordnung gemϯ der Erfindung, und Fig. 6g bis 6t stellen zur Erläu- terung der Arbeitsweise der Anordnung gemϯ Fig. 5 dienende Diagramme dar.
Die Anordnung gemäB Fig. 1 enthält zunächst Mittel zum periodischen Abtasten eines bestimmten Raumes mit einem Strahl, welcher sich mit einer im wesentlichen konstanten Winkelgeschwindigkeit um eine vertikale Achse dreht und zumindest in die diese vertikale Achse enthaltenden Ebene scharf konzentriert ist. Vorzugsweise soll der Strahl in dieser Ebene annähernd fächerförmig sein. Dies hat den Vorteil, dass etwaige Schaukel-und Rollbewegungen eines Fahrzeuges, beispielsweise eines Flugzeuges oder eines Schiffes, auf welchem die Anord- nung angebracht sein ka. nn, die Anzeige nicht beeinflussen.
Die genannten Mittel umfassen eine Sendeantennengruppe 10, welche dazu geeignet ist, einen bestimmten Raum mit einem Strahl abzutasten, dessen Abtastbewegung in Übereinstimmung mit der sich in einem bestimmten Frequenzbereich ändernden Frequenz der ausgestrahlten Träger- wellen erfolgt. Um dies zu erreichen, ist ein Impulsgenerator 11 vorgesehen, der Impulse erzeugt, deren Frequenz das Doppelte der Radienabtas, tfrequenz ist, das heisst der Frequenz, mit der aufainanderfolgende radiale Richtungen vom Strahl abgetastet werden.
Der Ausgangskreis dieses Generators ist mit dem Synchronisierkreis eines sägezahnformige Schwingungenerzeugenden Quadrantenabtastfrequenzgenerators 12 verbunden ; die Qua drantenabtastfrequenz ist gleich dem n-ten Teil der Radiusabtastfrequenz, wenn n die Zahl der im abgetasteten Quadranten vorgesehenen Abtastrichtungen ist. Die sägezahnför- migen Schwingungen des Generators 12 werden dem Eingangskreis eines Frequenzmodulators 13 zugeführt, welcher mit dem fre- quenzbestimmenden Teil eines in der Einheit 14 enthaltenen Trengerwellengerators verbunden ist.
Die Einheit 14 enthält überdies einen ein-oder mehrstufigen Hochfrequenz- verstärker, über den Schwingungen des Trä gerwellengenerators der Antennengruppe 10 zugeführt werden.
Es sei angenommen, dass mit Hilfe der Anordnung gemäss Fig. I der Ort eines beweglichen Gegenstandes, beispielsweise eines Flugzeuges P, festgestellt werden soll, und dass der Beobachter das Flugzeug zwar nicht sehen kann, aber doch weiss, dass es sich in einer gewissen Richtung vom Beobachtungs- platz in einer kleinen Höhe über dem Horizont befindet.
Beispielsweise erstrecke sich der abzusuchende Raum über einen vom Horizont-aus gemessenen Vertikalwinkel von 60 und über einen Horizontalwinkel von 90 . Zwecks Abtastens dieses Raumes besteht die Antennengruppe aus einer Anzahl von vertikalen Dipolantennen 15 bis 18, welche in einer Vertikalebene in gleicher Hoche und in gleichen Abständen voneinan- der angeordnet sind. In der Zeichnung sind diese Antennen nur schematisch dargestellt, und ihre vertikale Lage ist nicht angezeigt.
Die Antenne 15 ist unmittelbar an den Aus gangskreis der Einheit 14 angeschlossen, während die Antennen 16, 17 und 18 über Verzögerungsnetzwerke 19, 20 und 21 mit diesem Ausgangskreis verbunden sind, deren Verzögerungsfaktor in der genannten Reihenfolge ansteigt. Hinter jeder der Dipolantennen ist je ein Reflektor 22 angeordnet, um die Energiestrahlung in der gewünschten Richtung zu vergrössern und Nebenstrahlun- gen zu vermindern.
Natürlich können noch weitere, den Dipolantennen 15 bis 18 entsprechende und mit Verzögerungsnetzwerken und Reflektoren verbundene verbikale Dipolantennen oberhalb oder unterhalb der Antennen 15 bis 18 und in der gleichen Vertikalebene mit ihnen vorgesehen werden. Bei Anwendung einer einzigen Gruppe von Dipolantennen 15 bis 18 wird ein Abtaststrahl erzeugt, der in der Horizontalrichtung quer zur Strahlungsrichtung am dünnsten, also in eine Vertikalebene konzentriert ist. In der Vertikalebene ist der Abtaststrahl fächerförmig. Durch die Verwendung einer zusätzlichen Gruppe von Dipolantennen oberhalb oder unberhalb der Antennen 15 bis 18 könnte der fächerförmige Strahl auch in horizontaler Richtung konzentriert werden.
Die Anordnung enthält weiterhin Mittel zur Steuerung der Abtastmittel in der Weise, dass der Abtaststrahl nur im Takte periodischer Impulse ausgestrahlt wird, wobei jeder Impuls einem gewissen Abtast. winLel des Strahls entspricht und die Dauer jedes Impulses vorzugsweise nur einen Bruchteil der Periodendauer der Impule ausmacht.
Diese Mittel umfassen einen Sperrmodulator 23. dessen Einga. ngskreis mit dem Ausgangskreis des Generators 11 verbunden ist, ferner einen sägezahnförmige Schwingungen erzeugenden Radiusabtastfrequenzgenerator 24, dessen Synchronisierkreis mit dem Ausgangskreis der Einheit. 11 gekoppelt ist, sowie einen Ra dhisabtastfrequenz-Impulsgenerator 25, des sen Eingangskreis mit dem Ausgangskreis des (Generators 24 verbunden und dessen Ausgangskreis an einen zweiten Eingangkreis hzw. Steuerkreis des Sperrmodulators 23 an geschlossen ist.
Der Ausgangskreis des Sperr nmdulators 23 ist mit dem Eingangskreis des Amplitudenmodulators 26 verbunden, dessen Ausgangskreis an den Eingangskreis der Einheit 14 angeschlossen ist, um die Amplitude der hier erzeugten Trägerwelle zu mo dulieren.
Überdies enthält die Anordnung eine als Anzeigegerät dienende Kathodenstrahlröhre 27 und Mittel zum synchron mit der Bewegung des Abtaststrahls erfolgenden periodischen Abtasten des Bildfeldes dieser Röhre entlang von aus einem gemeinsamen Ursprungspunkt ausgehenden radialen Linien, dt-ren jede einem bestimmten Abtastwinkel des Abtaststrahls entspricht. Diese Radien werden : infolge einer mit konstanter Winkel- geschwindigkeit immer wieder in demselben Sinn erfolgenden Drehung der Sehwingungsebene des Kathodenstrahls nacheinander ab- getastet.
Die Mittel, welche diese Ablenkung des Eathodenstrahls bewirken, umfassen zunÏchst zwei aufeinander senkrecht stehende Paare von Ablenkelektroden 28 und 29 sowie einen ausgeglichenen Modulator 30 mit zwei Eingangskreisen, von welchen der eine mit dem Ausgangskreis des Radienabtastfre- quenzgenerators 24 und der andere mit dem Ausgangskreis des Quadra, ntenabtastfrequenz- enerators 12 verbunden ist. Der Ausgangs- kreis des Modulators 30 ist an das Ablenkelektrodenpaar 29 angeschlossen.
Ferner gehort zu den genannten Mitteln ein Quadran- tenabtastfrequenzgenerator 31, der Schwingungen von später näher erläuterber und komplementäre genannter Wellenform erzeugt, und dessen Eingangskreis mit dem
Ausgangskreis des sägezahnförmige Schwingungen erzeugenden Quadrantenabtastfre- quenzgenerators 12 und dessen Ausgangs- kreis mit dem einen Eingangskreis des aus geglichenen Modulators 12 verbunden ist.
Der zweite Eingangskreis des Modulators 32 ist an den Ausgangskreis des sägezahnförmige Schwingungen erzeugenden Radius abtastfrequenzgenerators 24 angeschlossen, während der Ausgangskreis des Modulators s 39 mit dem Ablenkelektrodenpaar 28 der Rohre 27 verbunden ist. Der Schwingungen komplementÏrer Wellenform erzeugende Quadrantenabtastfrequenzgenerator 31 kann ge gebenenfalls ein Integralnetzwerk zum Integrieren der sägezahnförmigen Schwingungen des Quadrantenabtastfrequenzgenerators 12 enthalten. Die versehiedenen Elektroden der Kathodenstrahlröhre 27 werden in nicht dargestellter üblicher Weise gespeist, und die Rohre enthält einen Leuchtsehirm 33, auf welchem die radialen Abtastlinien erscheinen.
Ferner enthält die Anordnung Mittel, die bewirken,dass die auf dem Leuchtschirm der Kathodenstrahlröhre erscheinenden, von einem gemeinsamen Ursprungspunkt ausgehenden radialen Linien immer in einem Zeitpunkt beginnen, in welchem der Abtast- strahl von der Antennengruppe 10 unter dem der betreffenden Linie entsprechenden Winkel ausgestrahlt wird. Hierzu dient ein Schwingungen rechteckiger Wellenform erzeugender Radienabtastfrequenzgenerator 34. dessen Eingangskreis mit dem Ausgangskreis des sägezahnförmige Schwingungen er zeugenden Radiusabtastfrequenzgenerators 24 verbunden ist und dessen Ausgangskreis mit einer die Intensität des Kathodenstrahls beeinflussenden Elektrode 35 der Kathodenstrahlr¯hre 27 in Verbindung steht.
Des weiteren enthÏlt die Anordnung Mittel zum Empfang der von dem gesuchten Gegenstand reflektierten Energie. Diese umfassen eine Antennengruppe 36, einen Trägerwellenemp fänger 37 und einen Frequenzmodulator 38, dessen Eingangskreis mit dem Ausgangskreis des sägezahnformige. Schwingungen erzeugenden Quadrantenabtastfrequenzgenerators 12 verbunden ist und dessen Ausgangskreis mit einem frequenzbestimmenden Ereis des Empfängers 37 in Verbindung steht. Durch diesen Ereis wird die Abstimmung des Emp fängers 37 synchron mit derjenigen des Trägerwellengenerators der Einheit 14 iiber den Frequenzbereich des Generators hinweg ge- ändert.
Die Antennengruppe 36 gleicht in jeder Beziehung der Antennengruppe 10 und enthÏlt eine Anzahl von vertikalen Dipolantennen 39 bis. 42, welche nur schematisch dargestellt sind. Die Dipolantenne 39 ist unmittelbar an den Eingangskreis des Empfän- gers 37 angeschlossen, wÏhrend die Dipolantennen 40, 41 und 42 über den Verzöge rungsnetzwerken 19, 20 und 21 der Antennengruppe 10 in jeder Hinsicht gleiche Verzogerungsnetzwerke 43, 44 und 45 mit dem Eingangskreis des Empfängers 37 verbunden sind. Hinter jeder der Dipolantennen 39 bis 42 ist je ein Reflektor 46 vorgesehen.
Schliesslich enthält die Anordnung von der Empfangsenergie gesteuerte Mittel zur Anzeige der Winkelrichtung und der Entfer- nung des gesuchten Gegenstandes P auf einer der radialen Abtastlinien des Leuchtschirmes 33 der Röhre 27. Hierzu dient die die Inten sität des Kathodenstrahls der Robre 27 be einflussende Elektrode 35, welche an den Ausgangskreis des Empfängers 37 angeschlossen ist.
Die Wirkungweise der Anordnung ist folgende :
Der Impulsgenerator 11 erzeugt periodi se-lie Spannungsimpulse rechteckiger Form, die in der Fig. 2a dargestellt sind. In dieser Figur gibt die horizontale Achse die Zeit und die. vertikale Achse die Grosse der Impulsspannung e an, Diese periodische Spannung wird dem Synchronisierkreis des Radiusabtastfrequenzgenerators 24 zugeführt, welcher Schwingungen von der in der Fig. 2 dargestellten Sägezahnform erzeugt. Die Frequenz dieser Schwingungen ist gleich der Hälfte der Frequenz der vom Generator 11 erzeugten Impulse, indem der Generator 24 durch jeden zweiten Impuls des Generators 11 zu einer Schwingung angeregt wird.
Die Schwingungen des Generators 24 sind mit einem kleineren Zeitmassstab auch in Fig. 3 (1 dargestellt. Die vom Generator 11 erzeugte Impulsspannung wird überdies auch dem Synchronsierkreis des Quadrantenabtastfrequenzgenerators 13 zugefiihrt. Falls der Abtaststrahl der Antennengruppe 10 den Raum innerhalb eines Winkels von 90 abtasten soll, erstreckt sich das von den auf dem Leuchtschirm 33 der Kathodenstrahlröhre 27 beschriebenen radialen Abtastlinien gebildete Muster ebenfalls über einen Winkel von 20 . da jede dieser Abtastlinien einem bestimmten Abtastwinkel des Abtaststrahls entspre- chen soll.
In diesem Fall ist also sowohl der vom Abtaststrahl abgestastete Raumabschnitt als auch der vom Muster der Abtastlinien auf dem Leuchtschirm bedeckte Teil dieses Schirmes je ein Kreisquadrant. Die Anzahl der Abtastlinien auf dem Leuchtschirm wird man zweckmässig gleich der Gradzahl des abgetasteten Raumwinkels oder gleich einem Vielfachen dieser Zahl wählen, aber es sei hier der Einfachheit halber angenommen, dass die Zahl dieser Linien 50 sei. Dann wird der Quadrantenabtastfrequenzgenerator 12 durch jeden hundertsten Impuls des Generators 11 angeregt und erzeugt eine sägezahn förmige Sehwingung, wie sie in Fig. 3e durch die ausgezogen gezeichnete Kurve dargestellt ist.
Diese sägezahnförmige Schwingung wird dem Eingangskreis des Quadrantenabtastfre- quenzgenerators 31 zugefiihrt, welcher eine der ausgezogen gezeichneten Kurve der Fig. 3f entsprechende periodische Spannung von komplementärer Wellenform erzeugt.
Wenn man den Ablenkelektroden 28 und 29 der Kathodenstrahlrohre 27 nur die säge- zahnförmigen Schwingungen des Generators 12 und die komplementären Schwingungen des Generators 31 zuführenr würde, kurde der Kathodenstrahl der Röhre offenbar über einen Bogen von 90 periodisch abgelenkt werden.
Dass dem so ist, wird klar, wenn man bedenkt, dass der Teil x-x einer jeden sägezahnförmigen Schwingung annähernd einem Teil einer in Fig. 3e gestrichelt an gedeuteten Sinusschwingung entspricht, wäh- rend jeder Teil y-y der dargestellten kom plementären Schwingung einem gleichen Teil einer in Fig. 3f gestrichelt angedeuteten Cosinussehwingung entspricht. Die Schwin gungen des Generators 31 werden ¸komple mentäri genannt, weil sie die Schwingungen des Generators 12 so ergänzen, dass beide Schwingungen beim alleinigen Zusammenwirken den Kathodenstrahl auf einem Kreisbogen führen würden.
Nun werden aber den Eingangskreisen der abgeglichenen Modula tores 30 und 32 auch die in der Fig. 3d darg sägezahnförmigen Schwingungen von Radiusabtastfrequenz zugef hrt. Diese Schwingungen modulieren daher die vom Generator 12 herrührenden sägezahnförmigen Schwingungen und die vom Generator 31 herrührenden komplementären Schwingun- gen so, dass der Kathodenstrahl durch die Ablenkelektroden in zwei aufeinander senk rechte Riehtungen derart, abgelenkt wird, dass er durch einen gemeinsamen Ursprungspunkt o gehende Radiallinien beschreibt, welche einen obern und einen untern Qua dranten des Leuchtschirmes bedecken.
Da der in den untern Quadranten fallende, gestriehelt gezeichnete Teil der Linien für die Feststellung des Ortes des gesuchten Gegenstands nicht benotigt wird, wird er dadurch beseitigt, dass an die die Intensität des Ka thodenstrahls beeinflussende Elektrode 35 der Rohre 37 eine durch den Radiusabtast- frequenzgenerator 34 erzeugte periodische Spannung von rechteckiger Wellenform, wie sie in Fig. 2c dargestellt ist, angelegt wird.
Diese Spannung hat dieselbe Frequenz wie die sägezahnförmigen Schwingungen des Generators 24 und hat eine solche Phase im Verhältnis zu diesen Schwingungen, dass der Kathodenstrahl während einer jeden halben Periode der Schwingung des Generators 24 ausgelöscht wird. Auf dem Leuchtschirm SS entsteht dann das aus den ausgezogenen Linien bestehende Muster, wobei bemerkt wird, dass in der Zeichnung nur ein Teil der Linien dargestellt ist.
Die sägezahnförmigen Schwingungen des Generators 12 werden auch dem Eingangskreis des Frequenzmodulators 13 zugeführt, um die Frequenz der vom Trägerwellengenerator der Einheit 14 erzeugten Trägerwelle über einen bestimmten Frequenzbereich zu ändern. Bei Zuführung dieser Trägerwelle veränderlicher Frequenz zur Antennengruppe 10 wird die ausgestrahlte Energie zu einem in einer Vertikalebene fächerförmigen Strahl konzentriert. Da nun die Frequenz der zugeführten Trägerwelle sich innerhalb eines gewissen Frequenzbereiches ständig ändert, dreht sich der Strahl um eine vertikale Achse und tastet dadurch den vorbestimmten Raum ab. Die Mittelfrequenz der Trägerwelle wird so gewählt, dass der Strahl bei dieser Frequenz zur Ebene der Antennengruppe normal steht.
Die Änderung der Frequenz der von der Einheit 14 erzeugten Trä gerwelle erfolgt im Hinblick auf den linearen Verlauf der in Fig. 3e ausgezogen gezeichneten sägezahnförmigen Schwingung, welche dem Frequenzmodulator 13 zugeführt wird, linear mit der Zeit. Infolgedessen dreht sich der Strahl mit einer im wesentlichen konstanten Winkelgeschwindigkeit perio disch um die vertikale Achse.
Die vom Radiusabtastfrequenzgenerator 24 erzeugten sägezahnförmigen Schwingungen werden dem Radiusabtastfrequenzimpulsgenerator 25 zugeführt, welcher eine periodische Spannung von rechteckiger Wellen- form erzeugt, deren Frequenz gleich der Hälfte derjenigen der vom Generator 11 erzeugten periodischen Spannung ist. Die periodischen Spannungen der Generatoren 11 und 25 werden je einem Eingangskreis des Sperrmodulators 23 zugeführt, wobei die vom Generator 25 herrührende Spannung den Modulator zur Unterdrückung jedes zweiten Impulses der Spannung des Generators 11 veranlasst, so dass nur jeder zweite Impuls zum Amplitudenmodulator 26 gelangt.
Dieser Modulator moduliert die von der Einheit 14 erzeugte und verstärkte Trägerwelle in der Weise, dass der Antennengruppe 10 nur Trägerwellenimpulse zugeführt werden, deren Dauer einem geringen Bruchteil der Periodendauer ihrer Wiederholung entspricht. Da nun die Frequenz der von der Einheit 14 der Antennengruppe zugeführten Trägerwelle zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen um je einen konstanten Betrag anwächst, ist es offenbar, da. jeder Impuls der ausgestrahlten Trägerwelle einem bestimm- ten Abtastwinkel des Strahls entspricht.
Der durch die Antennengruppe 10 ausgestrahlte Strahl wird, sobald er das. Flugzeug P trifft, von diesem zur Empfangsantennen- gruppe 36 reflektiert. Die von dieser Antennengruppe empfangene Energie gelangt in den Eingangskreis des Empfängers 37. Die Abstimmung dieses Empfängers ändert sich synchron mit derjenigen des Generators der Einheit 14 über den bestimmten Frequenz- bereich hinweg, und infolgedessen ist dieser Empfänger immer auf die e jeweilige Frequenz des Trägerstrahls abgestimmt.
In diesem Zu sammenhang sei erwähnt, dass die Quadran tenabtastgeschwindigkeit des Strahls nicht so gro¯ ist, dass die Zeitspanne, die der Strahl zum Zurücklegen des Weges von der Antennengruppe 10 zum Flugzeug P und zurück zur Antennengruppe 36 braucht, hinsichtlich der Abstimmung des Empfängers 35 eine Rolle spielen könate. Die Abstimmung des Empfängers mag sich zwar während dieser Zeitspanne etwas Ïndern, aber seine Resonanzcharakteristik ist ungeachtet ihrer für die Vermeidung des Empfangens uner- wünschter Störimpulse ausreichenden Schärfe doch so breit,
dass der Empfänger selbst im Falle der grössten Entfernung desl Flugzeu- ges von den Antennengruppen 10 und 36 noch praktisch maximal empfindlich für den Strahl ist.
Die empfangene Trägerwelle wird im Empfänger-37 verstärkt, und ein mit dem Verstärker vereinigter Demodulator nimmt die den dem Amplitudenmodulator 26 zugeführten Impulse entsprechende Amplituden- modulation von der Trägerwelle ab und führt sie in Form von Spannungsimpulsen der Steuerelektrode 35 der Kathodenstrahlröhre 27 zu.
Es ist offenbar, dass jedes ; mal, wenn der Abtaststrahl das Flugzeug P trifft, der Steuerelektrode 35 ein Spannungsimpuls zugeführt wird und dieser durch Erhöhung der Intensität des Kathodenstrahls einen stärker leuchtenden Punkt P'an einer Stelle der jenigen der auf dem Leuchtschirm 33 erscheinenden radialen Linien erzeugt, welche dem Abtastwinkel entspricht, unter welchem der Strahl ausgestrahlt wurde, als er das s Flugzeug traf. Die Anzeige gibt also die Richtung des Flugzeuges P in bezug auf die Antennengruppe 10 an.
Da nun die nicht ausgelöschten radialen Linien vom Ursprungspunkt o ausgehend mit einer konstanten radialen Geschwindigkeit gezeichnet werden. ist der Abstand des Punktes P'vom Ur sprungspunkt o proportional der Zeit, welche der ausgesendete Impuls, zum Zurücklegen des Weges von der Antennengruppe 10 zum Flugzeug P und zurüek zur Antennengruppe 36 benotigte und somit proportional der Ent fernung des Flugzeuges von der ganzen Anordnung. Die Anordnung gibt daher die Winkelrichtung oder das Azimuth und die Entfernung des Flugzeuges in einem FlÏ ohenbild an.
Die bevorzugte Frequenz des Generators 11 von doppelter Radiusabtastfrequenz und des Quadrantenabtastfrequenzgenerators 12 wird im Einzelfall in folgender Weise bestimmt :
Es sei angenommen, dass die Reichweite der Anordnung 150km s, ein soll. Es ist bekannt, dass die Trägerwelle für einen Weg von 300m eine Mikrosekunde braucht. Da nun die Trägerwelle die Entfernung hin und zurück zurücklegen mu¯, ist ihr längster Weg 300 km. Jede radiale Linie auf dem Leuchtschirm der Kathodenstrahlröhre muss daher in jener Zeit gezeichnet werden, welche der Strahl braucht, um 300 km zurück- zulegen. Da die Hälfte jeder radialen Linie ausgelöscht und nur-die andere Hälfte ver wendet wird, ist die Radiusabtastperiode 2 Milisekunden lang.
Infolgedessen m ssen die vom Radiusabtastfrequenzgenerator 24 erzeugten sägezahnformigen Schwingungen einer Frequenz von 500 Hz haben, woraus sieh die Frequenz der periodischen Spannung des Generators 11 zu 1000 Hz ergibt. Wenn auf dein Leuchtschirm 50 Linien erscheinen sollen,wieweiter oben angenommen wurde, muss die Frequenz der vom Quadrantenabtastfrequenzgenerator 12 erzeugten sÏge zahnformigen Schwingungen 10 Hz sein.
Die Antennengruppe 10 war bisher als fest betrachtet worden. Sie k¯nnte aber ge uni lls um eine zur Ebene der Dipol Antennen 15 bis 18 normale horizontale Achse verdreht werden, damit die Abtastung auch um eine Horizontalachse erfolgen kann (statt nur um eine Vertikalachse). Diese Horizon- talachse steht dann senkrecht auf dererst- genannten horizontalen Achse. In diesem Fall gibt die Anzeige auf dem Leuchtschirm der Kathodenstrahlrohre den Hohenwinkel des Flugzeuges P ber dem Horizon und sfineEntfernungvonderAnordnungan.
Dabei soll vorzugsweise auch die AnzeigeflÏche der Kathodenstrahlr¯hre um 90 um eine Horizontalachse gedreht werden, damit deutlicher wird, dass die auf dem Leuclit- -'chirm gezeichneten radialen Linien dem Höhenwinkel des Abtaststrahls. entsprechen.
Obzwar es wegen der groBen Richt. wir kung der beschriebenen Antennengruppe vor- teilhaft ist, eine solche Antennengruppe zu benutzen, kann es doch in dem Falle, dass eine erhebliche Anderung der Polarisation der Tragerwelle eintritt, zweckmässig sein. gekreuzte Dipolantennen zu verwenden.
Fig. 4 zeigt eine zweckmässige Vorrich tung zur Ergänzung der bisher beschriebenen Anordnung, um die auf dem Leucht- schirm erhaltene Anzeige auf eine Karce M des abgetasteten Gebietes zu übertragen.
Die ¯bertragung erfolgt mit Hilfe eines teil- durchlässigen Spiegels 47, welcher mit der Ache der Kathodenstrahlröhre 27 und mit der Ebene der Karte M je einen Winkel von 15¯ einschlie¯t. Ein in der Pfeilrichtung auf den Leuchtschirm 33 der Rohre blickender Beobachter sieht dann die Anzeige auf dem Leuchtschirm in Deekung mit dem Spiegelbild der Karte il1. An die Ablenkelektroden 28 und 29 der Rohre können feste Gleichspannungen angelegt werden, um den Ur sprungspunkt o der radialen Linien auf der Karte mit dem Aufstellungsort der Anord- nung in Deckung zu bringen, und die Amplitude der Schwingungen der Generatoren 24.
12 und 31 kann so eingestellt werden, da¯ der durch die Länge der radialen Linien ge1 gebene Entfernungsma¯stab dem Massstab der Karte entspricht. An Stelle der Verwen- dung des Spiegels 47 gemϯ Fig. 4 kann die Karte auf den Leuchtschirm der Rohre 27 selbst projiziert werden, oder es kann einfach eine durchsichtige Karte auf den Leuchtschirm gelegt werden.
Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung.
Diese gleicht im wesentlichen der Anordnung gemäss Fig. 1, und identische Teile derselben sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Der Unterschied gegenüber der Anordnung gemäss Fig. 1 besteht darin, da¯ die Abtastung bei der Anordnung gemäss Fig. 5 sich ber, den vollen Azimuthkreis erstreckt, das hei¯t es werden nicht nur 90 , sondern 360 abgetastet. Zu diesem Zwecke besteht die Antennenanordnung 48 aus vier Antennengruppen 10, 10', 10"und 10"', deren jede der Antennengruppe 10 gemäss Fig. l ent- spricht.
An diese Antennengruppen sind Trägerwellengeneratoren, Hochfrequenzver- stärker und Frequenzmodulatoren 13-14, 13'-14', 13"-14" und 13"'14"'ange- schlossen, und mit einem Amplitudenmodula- tionskreis jeder dieser Einheiten ist je ein Amplitudenmodulator 26, 26', 26"und 26'" verbunden. Jeder dieer Modulatoren enthält einen Eingangskreis, dem die vom Sperrmodulator 23 kommenden periodischen Gleichspannungsimpulse zugeführt werden, und einen zweiten Eingangskreis, welcher mit dem Ausgangskreis eines rechteckige Schwingungen erzeugenden Generators 49 und eines ebensolche Schwingungen erzeu genden Generators 50 verbunden ist.
Der Generator 49 wird im folgenden als Cosinusgenerators und der Generator 50 als Sinus- generators bezeichnet, um anzudeuten, dass I3 die Ausgangsströme dieser Generatoren mit Bezug auf die Zeitachse symmetrisch, jedoch gegeneinander um 90 phasenverschoben sind, wie dies weiter unten näher erläutert wird
Der Eingangskreis des Cosinusgenerators 49 ist mit dem Ausgangskreis, eines Kreis abtastfrequenz-Cosinusgenerators 51 verbunden, während der Eingangskreis des Sinus generators 50 an den Ausgangskreis eines : reisabtastfrequenz-Sinusgeneratotrs 52 angeschlossen ist.
Der Eingangskreis des Generators 52 schliesst sich an den Ausgangskreis des sägezahnförmige Schwingungen erzeugenden QuadrantenabtastfrequenzgeneratoTs 12 an, und ein Ausgangskreis des Generators s 52 ist mit dem Eingangskreis des Generators 51 verbunden. Weitere Ausgangskreise der Generatoren 52 und 51 sind an entsprechende Eingangskreise von ausgeglichenen Modulatoren 32 und 30 angeschlossen, deren weitere Eingangskreise entsprechend der Anordnung gemäss Fig. l mit dem Ausgangskreis des sägezahnförmige Schwingungen erzeugenden Radiusabtastfrequenzgenerators 24 verbunden sind.
Der Eingangskreis des Trägerwellen- empfängers 38 ist an eine ungerichtete Antenne 36'angeschlossen.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist im wesentlichen gleich derjenigen der Anordnung gemäss Fig. 1, da jede Gruppe der Antennenanordnung samt den mit ihr verbundenen Generatoren und Modulatoren der Anordnung gemϯ Fig. 1 entspricht. Der Un terschied besteht im wesentlichen darin, dass die Antennengruppen 10, 10', 10"und 10"' aneinanderanschliessendeQuadrantendesum die vertikale Achse der Antennenanordnung beschriebenen grises nacheinander abtasten, indem jede der Sendeeinheiten 13-14, 13'-14', 13"14"und 13"'14"'während eines Viertels derjenigen Zeit wirksam ist, welche der Abtaststrahl zum Abtasten des ganzen greises braucht.
Vor Betrachtung der Art und Weise, in welcher die genannten Sendereinheiten nach- eitander zur Wirksamkeit gebracht werden, soll beschrieben werden, wie der Eathodenstrahl der Robre 27 das für diese Ausführungsform der Erfindung benötigte Muster von radialen Linien auf dem Leuchtschirm erzeugt. Der Kreisabtastfrequenz-Sinusgene- rator 52 erzeugt Sinusschwingungen, welche in synchronisiertem Phasenverhältnis zu den sägezahnförmigen Schwingungen des Quadrantenabtastfrequenzgenerators 12 stehen.
Der Ereisabtastfrequenz-Cosinusgenerator 51 leitet, beispielsweise durch Integration, aus den Sinusschwingungen des Generators 52 ebenfalls sinusförmige, jedoch in ihrer Phase um 90 verschobene Schwingungen ab, welche im folgenden der Einfachheit halber als Cosinusschwingungenx bezeichnet werden.
Die von den Gene, ratoren 51 und 52 erzeugten Schwingungen werden den Eingangskreisen der ausgeglichenen Modulatoren 32 und 30 zugeführt und gelangen über diese zu den Ablenkelektrodenpaaren 28 und 29 der Rohre 27. Wenn man zunächst von der Wirkung der vom Generator 24 erzeugten und ebenfalls den Eingangskreisen der Modulatoren 32 und 30 zugeführten sägezahnförmigen Schwingungen absieht, haben die den Ab lenkelektroden von den Modulatoren 32 und 30 zugeführten Spannungen beide sinusför- migen Verlauf, sind jedoch gegeneinander um 90 phasenverschoben und suchen daher dem Eathodenstrahl der Robre eine Kreisbewegung zu erteilen.
Diese Bewegung wird jedoch durch die sägezahnförmige Schwingung des Radiusabtastfrequenzgenerators 24 so verändert, dass der Kathodenstrahl durch einen gemeinsamen Ursprungspunkt gehende radiale Linien aufzeichnet. Entsprechend der Anordnung der Fig. 1 wird die eine Halfte dieser Linien durch die der Steuerelektrode 35 zugeführten rechteckigen Impulse des Radiusabtastfrequenzgenerators 34 ausgelöscht.
Es werden also nacheinander in vier Quadranten des Leuchtschirmes vom Ursprungspunkt ausgehende radiale Linien aufgezeich- net, welche zusammen die ganze Ereisfläohe bedecken.
Die vom Generator 51 erzeugten Cosinus Schwingungen, deren Verlauf in Fig. 6g, dar- ist, ist, werden dem Eingangskreis des Cosinusgenerators 49 zugeführt, und im Aus gangskreis des Generators erscheinen Schwing von angenähert rechteekigem Verlauf, wie sie die Fig. 6k zeigt.
Die vom Generato 52 erzeugten Sinusschwingungen, deren Verlauf in Fig. 6h dargestellt ist, gelangen in den Eingangskreis des Sinusgenerators 50, und im Ausgangskreis dieses Generators erscheinen ebenfalls Schwingungen von angenähert rechteckigem Verlauf, wie nsie die Fig.
6m zeigt. Die rechteckigen Cosi- nusschwingungen¯ des Generators 49 werden den Eingangskreisen der Modulatoren 26 und 96"'mit positiver Polarität und den Eingangskreisen der Modulatoren 26'und 26" mit negativer Polarität zugeführt, während die rechteckigen mSinusschwingungen des Generators 50 den Eingangskreisen der Mo dulatoren 26 und 26'mit positiver Polarität und den Eingangskreisen der Modulatoren 26" und 26'" mit negativer PolaritÏt zugeführt werden.
Infolgedessen ergeben sieh in den Eingangskreisen der Modulatoren 26, 26', 26" und 26'" rechteckige Schwingungen, wie sie in den Fig. 6tri,, 6r, 6s und 6t dargestellt sind. Während derjenigen Zeit, während welcher im Eingangskreis des Modulators eine positive Spannung herrscht, überträgt. dieser Modulator die periodischen Impulse vom Sperrmodulator 23 zu der mit ihm verbundenen Sendereinheit 13-14, 13'-14' usw. Diese letztgenannten Einheiten geben nur wtthrend derjenigen Zeit eine Ausgangs- leistung ab, während welcher ihnen Span nungsimpulse zugeführt werden.
Im Ein- gangskreis jedes Modulators herrscht nun eine positive Spannung nur während eines Viertels derjenigen Zeit, welche dazu erfor- derlich ist, um alle Modulatoren nacheinan- der zur Wirksamkeit zu bringen. WÏhrend dieser Viertelzeit ändert sich die Frequenz der durch die zugehörige Sendeeinheit 13-14,13'-14'usw.erzeugtenTrägerwelle unter dem Einflul3 der vom Quadranten abtastfrequenzgenerator 12 dem Frequenzmodulator der betreffenden Sendeeinheit zugeführten sägezahnformigen Schwingungen. so da. die Antennengruppen 10, 10'usw. nacheinander je einen Quadranten des vollen Kreises abtasten.
Der vom Flugzeug P'reflektierte Strahl wird von der Empfangsantenne 36'dem Ein gangskreis des Empfängers 37, 38 zugeführt.
Die Ausgangsspannung dieses Empfängers ruft mit Hilfe der Steuerelektrode 35 der Kathodenstrahlrohre 27 einen hellen Punkt auf einer der radialen Linien des Schirmes 33 hervor, welcher das Azimuth und die Entfernung des Flugzeuges angibt.
Die beschriebenen Anordnungen haben den Vorteil, da¯ der Ort eines oder mehrerer Gegenstände im Raume, welche den Signalstrahl reflektieren, also zum Beispiel der Ort von sich im abgetasteten Raume befindlichen Flugzeugen oder Schiffen, in Form eines Flächenbildes angegeben wird. Diese Art der Angabe ist erheblich günstiger als die von den bekannten Anordnungen dieser Art gelieferte Angabe in Form eines photographi schen-oder zeichnerischen Bildes. Da der Abtaststrahl in der Vertikalebene fächerförmig ist, wird überdies die Anzeige dureh geringe Verlagerungen der vertikalen Abtastachse, wie sie zum Beispiel durch das Schaukeln oder Rollen eines mit der Anordnung versehenen Schiffes oder Flugzeuges verursacht werden, nicht merklich beeinflusst.
Die Stärke der empfangenen Trägerwel- lenenergie kann dadurch erheblich gesteigert werden, dass der gesuchte Gegenstand mit Reflektoren zum verstärkten Reflektieren der abtastenden Trägerwellen oder mit Sendern versehen wird, die automatisch die empfangenen Trägerwellen verstärkt zurücksenden, was im vorliegenden Zusammenhange auch als ¸Reflektieren¯ bezeichnet wird.
Wenn die Anordnung beispielsweise zum Auffinden feindlicher Flugzeuge und zum Hinleiten abwehrender eigener Flugzeuge benutzt wird, werden die eigenen Flugzeuge zweckmϯig mit solchen automatischen Rück- sendern ausgerastet. In diesem Falle wird die von eigenen Flugzeugen empfangene Trä gerwellenenergie viel stärker sein, als die von den feindlichen Flugzeugen reflektierte Energie, und infolgedessen werden die eigenen Flugzeuge auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre durch hellere Punkte angezeigt als die feindlichen, so dass sie leicht von diesen unterschieden werden können.
Obzwar bei den beschriebenen Ausfüh- rungsbeispielen der Erfindung elektrische Mittel zur Herbeiführung der Abtastbewe- gung des Abtaststrahls verwendet wurden, ist es offenbar, da. die Abtastbewegung auch durch mechanische Bewegung der Abtastmittel, beispielsweise durch eine peri- odische Drehung der Antennengruppen 10 und 36 um die gewiinsehte Abtastachse, erzielt ; werden kann. In diesem Fall würden die von den Generatoren 12, 31 und 24 gelieferten Abtastspannungen mit der Bewegung der mechanischen Abtastmittel zu synchronisieren sein, oder sie müssen unmittelbar von diesen abgeleitet werden.
Im übrigen braucht auch der Abtaststrahl nicht unbedingt aus elektromagnetischen Schwingungen zu bestehen, sondern kann beispielsweise auch durch Ultraschallwellen gebildet werden, insbesondere, wenn es sich um das Aufsuchen von Unterseebooten handelt.
Arrangement for determining the location of a radiation-reflecting object.
The invention relates to an arrangement for determining the location of a radiation-reflecting object with which a movement of this object cannot be continuously followed.
It is often desirable to determine the location of a radiation-reflecting object, for example an airplane or a sea vehicle, and to continuously track the movement of this object. Suitable arrangements have already been proposed which periodically scan a certain section of space with a sharply concentrated beam and utilize the beam energy reflected by the object in question to generate an approximately photographic image of the space being scanned. When using such arrangements, the exact determination tes s location of the searched object in @rezug to any coordinates, z. B.
@ on a map, generally to be carried out by evaluating the information from two or more such arrangements.
In contrast would be. It is desirable that a single arrangement shows the location of the object searched for immediately, in order to make the laborious and time-consuming assessment mentioned above superfluous. The direct display makes it possible to continuously follow the movement of the object.
The arrangement according to the invention, with which this object is achieved, is characterized by means for angularly scanning a certain space with a signal beam and for receiving the signal energy reflected from said object, a display device with a display surface, means for recording a certain number of radial lines emanating from a common point of origin t on the said display surface and by means, which are sensitive to the received signal energy, for generating a display on one of the said lines that characterizes the position of the object.
The invention is based on the embodiment shown in the drawing? piele explained in more detail. Fig. 1 of the drawing gives a partially schematic circuit diagram of a complete embodiment of the arrangement according to the invention. 2a, 2b and 2c and Fig. 3d, 3e and 3f are diagrams used to explain the operation of this arrangement. Fig. 4 shows a supplementary device for transferring the display provided by the arrangement according to FIG. 1 to a geographic map . Fig. 5 is a partially schematic one.
Circuit diagram of a different embodiment of the arrangement according to the invention, and FIGS. 6g to 6t represent diagrams used to explain the mode of operation of the arrangement according to FIG.
The arrangement according to FIG. 1 initially contains means for periodically scanning a specific space with a beam which rotates at an essentially constant angular velocity about a vertical axis and is sharply concentrated at least in the plane containing this vertical axis. The beam should preferably be approximately fan-shaped in this plane. This has the advantage that any rocking and rolling movements of a vehicle, for example an airplane or a ship, on which the arrangement can be mounted. nn, do not affect the display.
Said means comprise a transmitting antenna group 10 which is suitable for scanning a specific space with a beam, the scanning movement of which takes place in accordance with the frequency of the transmitted carrier waves changing in a specific frequency range. In order to achieve this, a pulse generator 11 is provided which generates pulses, the frequency of which is twice the radius scanning frequency, that is to say the frequency with which successive radial directions are scanned by the beam.
The output circuit of this generator is connected to the synchronization circuit of a sawtooth-shaped oscillation generating quadrant sampling frequency generator 12; the quadrant scanning frequency is equal to the n-th part of the radius scanning frequency, if n is the number of scanning directions provided in the scanned quadrant. The sawtooth-shaped oscillations of the generator 12 are fed to the input circuit of a frequency modulator 13, which is connected to the frequency-determining part of a carrier wave generator contained in the unit 14.
The unit 14 also contains a single-stage or multi-stage high-frequency amplifier, via which the vibrations of the carrier wave generator are fed to the antenna group 10.
It is assumed that the location of a movable object, for example an aircraft P, is to be determined with the aid of the arrangement according to FIG. 1, and that the observer cannot see the aircraft, but knows that it is in a certain direction from the observation site at a small height above the horizon.
For example, the space to be searched extends over a vertical angle of 60 measured from the horizon and over a horizontal angle of 90. For the purpose of scanning this space, the antenna group consists of a number of vertical dipole antennas 15 to 18 which are arranged in a vertical plane at the same level and at the same distances from one another. In the drawing, these antennas are only shown schematically and their vertical position is not shown.
The antenna 15 is directly connected to the output circuit from the unit 14, while the antennas 16, 17 and 18 are connected to this output circuit via delay networks 19, 20 and 21, the delay factor of which increases in the order mentioned. A reflector 22 is arranged behind each of the dipole antennas in order to increase the energy radiation in the desired direction and to reduce secondary radiation.
Of course, further verbical dipole antennas corresponding to the dipole antennas 15 to 18 and connected to delay networks and reflectors can be provided above or below the antennas 15 to 18 and in the same vertical plane with them. When using a single group of dipole antennas 15 to 18, a scanning beam is generated which is thinnest in the horizontal direction transverse to the radiation direction, that is to say is concentrated in a vertical plane. The scanning beam is fan-shaped in the vertical plane. By using an additional group of dipole antennas above or below the antennas 15 to 18, the fan-shaped beam could also be concentrated in the horizontal direction.
The arrangement further contains means for controlling the scanning means in such a way that the scanning beam is emitted only in the cycle of periodic pulses, each pulse having a certain scanning. winLel of the beam and the duration of each pulse is preferably only a fraction of the period of the pulses.
These means comprise a blocking modulator 23 whose input. ngskreis is connected to the output circuit of the generator 11, furthermore a sawtooth-shaped oscillation generating radius sampling frequency generator 24, whose synchronization circuit with the output circuit of the unit. 11 is coupled, as well as a Ra dhisabtastfrequenz pulse generator 25, whose input circuit is connected to the output circuit of the generator 24 and whose output circuit is connected to a second input circuit hzw. Control circuit of the blocking modulator 23 is closed.
The output circuit of the blocking nmdulators 23 is connected to the input circuit of the amplitude modulator 26, the output circuit of which is connected to the input circuit of the unit 14 in order to modulate the amplitude of the carrier wave generated here.
The arrangement also contains a cathode ray tube 27 serving as a display device and means for periodic scanning of the image field of this tube, synchronized with the movement of the scanning beam, along radial lines emanating from a common point of origin, each of which corresponds to a specific scanning angle of the scanning beam. These radii are scanned one after the other as a result of the constant angular velocity rotating the plane of visual oscillation of the cathode ray in the same direction over and over again.
The means which cause this deflection of the cathode ray firstly comprise two pairs of deflection electrodes 28 and 29 that are perpendicular to one another and a balanced modulator 30 with two input circuits, one of which is connected to the output circuit of the radius scanning frequency generator 24 and the other to the output circuit of the Quadra, ntensampling frequency generator 12 is connected. The output circuit of the modulator 30 is connected to the deflection electrode pair 29.
In addition, the means mentioned include a quadrant sampling frequency generator 31, which generates oscillations of the waveform mentioned later and complementary, and its input circuit with the
The output circuit of the quadrant sampling frequency generator 12 which generates sawtooth-shaped oscillations and the output circuit of which is connected to one input circuit of the balanced modulator 12.
The second input circuit of the modulator 32 is connected to the output circuit of the sawtooth-shaped vibrations generating radius sampling frequency generator 24, while the output circuit of the modulator 39 is connected to the deflection electrode pair 28 of the tubes 27. The quadrant sampling frequency generator 31 which generates oscillations of complementary waveforms can optionally contain an integral network for integrating the sawtooth-shaped oscillations of the quadrant sampling frequency generator 12. The various electrodes of the cathode ray tube 27 are fed in a conventional manner not shown, and the tube contains a screen 33 on which the radial scanning lines appear.
Furthermore, the arrangement contains means which have the effect that the radial lines appearing on the fluorescent screen of the cathode ray tube and proceeding from a common point of origin always begin at a point in time at which the scanning beam is emitted by the antenna group 10 at the angle corresponding to the line in question . For this purpose, a radius scanning frequency generator 34 that generates vibrations of a rectangular waveform is used. Its input circuit is connected to the output circuit of the sawtooth-shaped vibrations generating radius scanning frequency generator 24 and whose output circuit is connected to an electrode 35 of the cathode ray tube 27 which influences the intensity of the cathode ray.
The arrangement also contains means for receiving the energy reflected from the object being sought. These include an antenna group 36, a Trägerwellenemp receiver 37 and a frequency modulator 38, the input circuit with the output circuit of the sawtooth. Vibration generating quadrant sampling frequency generator 12 is connected and the output circuit of which is connected to a frequency-determining circuit of the receiver 37. As a result of this, the tuning of the receiver 37 is changed synchronously with that of the carrier wave generator of the unit 14 over the frequency range of the generator.
The antenna group 36 is similar in every respect to the antenna group 10 and contains a number of vertical dipole antennas 39 to. 42, which are only shown schematically. The dipole antenna 39 is directly connected to the input circuit of the receiver 37, while the dipole antennas 40, 41 and 42 via the delay networks 19, 20 and 21 of the antenna group 10 have the same delay networks 43, 44 and 45 with the input circuit of the receiver in every respect 37 are connected. A reflector 46 is provided behind each of the dipole antennas 39 to 42.
Finally, the arrangement contains means controlled by the received energy for displaying the angular direction and the distance of the object P being sought on one of the radial scanning lines of the fluorescent screen 33 of the tube 27. The electrode 35, which influences the intensity of the cathode ray of the tube 27, is used for this purpose. which is connected to the output circuit of the receiver 37.
The mode of operation of the arrangement is as follows:
The pulse generator 11 generates periodic voltage pulses of rectangular shape, which are shown in FIG. 2a. In this figure the horizontal axis gives the time and the. vertical axis, the magnitude of the pulse voltage e. This periodic voltage is fed to the synchronizing circuit of the radius sampling frequency generator 24, which generates oscillations of the sawtooth shape shown in FIG. The frequency of these vibrations is equal to half the frequency of the pulses generated by the generator 11, in that the generator 24 is excited to vibrate by every second pulse from the generator 11.
The oscillations of the generator 24 are also shown with a smaller time scale in Fig. 3 (1. The pulse voltage generated by the generator 11 is also fed to the synchronizing circuit of the quadrant scanning frequency generator 13. If the scanning beam of the antenna group 10 is to scan the room within an angle of 90 ° , the pattern formed by the radial scanning lines described on the fluorescent screen 33 of the cathode ray tube 27 also extends over an angle of 20, since each of these scanning lines is intended to correspond to a specific scanning angle of the scanning beam.
In this case, both the space section scanned by the scanning beam and the part of this screen covered by the pattern of the scanning lines on the fluorescent screen are each a quadrant of a circle. The number of scanning lines on the luminescent screen will expediently be chosen to be equal to the number of degrees of the scanned solid angle or a multiple of this number, but for the sake of simplicity it is assumed here that the number of these lines is 50. Then the quadrant sampling frequency generator 12 is excited by every hundredth pulse of the generator 11 and generates a sawtooth-shaped visual oscillation, as shown in Fig. 3e by the solid curve.
This sawtooth-shaped oscillation is fed to the input circuit of the quadrant scanning frequency generator 31, which generates a periodic voltage of complementary waveform corresponding to the curve drawn in solid lines in FIG. 3f.
If only the sawtooth-shaped vibrations of the generator 12 and the complementary vibrations of the generator 31 were fed to the deflection electrodes 28 and 29 of the cathode ray tubes 27, the cathode ray of the tube would evidently be deflected periodically over an arc of 90 °.
That this is the case becomes clear when one considers that part xx of each sawtooth-shaped oscillation corresponds approximately to a part of a sinusoidal oscillation indicated by dashed lines in FIG. 3e, while each part yy of the illustrated complementary oscillation corresponds to an equal part of an in Fig. 3f corresponds to the cosine wave indicated by dashed lines. The vibrations of the generator 31 are called ¸komple mentäri, because they complement the vibrations of the generator 12 so that both vibrations would lead the cathode ray on an arc of a circle if they were alone.
Now, however, the input circuits of the adjusted Modula gates 30 and 32 are also supplied with the sawtooth-shaped vibrations of the radius scanning frequency shown in FIG. 3d. These oscillations therefore modulate the sawtooth-shaped oscillations originating from generator 12 and the complementary oscillations originating from generator 31 in such a way that the cathode ray is deflected by the deflection electrodes in two perpendicular directions in such a way that it describes radial lines passing through a common point of origin which cover an upper and a lower quadrant of the fluorescent screen.
Since the part of the lines which falls in the lower quadrant and which is drawn in swirls is not required to determine the location of the object sought, it is eliminated by applying a frequency generator to the electrode 35 of the tubes 37, which influences the intensity of the cathode beam 34 generated periodic voltage of rectangular waveform, as shown in Fig. 2c is applied.
This voltage has the same frequency as the saw-tooth oscillations of the generator 24 and has such a phase in relation to these oscillations that the cathode ray is extinguished during every half cycle of the oscillation of the generator 24. The pattern consisting of the solid lines is then produced on the luminescent screen SS, it being noted that only some of the lines are shown in the drawing.
The sawtooth-shaped oscillations of the generator 12 are also fed to the input circuit of the frequency modulator 13 in order to change the frequency of the carrier wave generated by the carrier wave generator of the unit 14 over a certain frequency range. When this carrier wave of variable frequency is supplied to the antenna group 10, the radiated energy is concentrated into a beam which is fan-shaped in a vertical plane. Since the frequency of the supplied carrier wave changes constantly within a certain frequency range, the beam rotates around a vertical axis and thereby scans the predetermined space. The center frequency of the carrier wave is chosen so that the beam at this frequency is normal to the plane of the antenna group.
The change in the frequency of the Trä generated by the unit 14 gerwelle takes place with respect to the linear course of the sawtooth-shaped oscillation drawn in Fig. 3e, which is fed to the frequency modulator 13, linearly with time. As a result, the beam periodically rotates about the vertical axis at a substantially constant angular velocity.
The sawtooth-shaped vibrations generated by the radius scanning frequency generator 24 are fed to the radius scanning frequency pulse generator 25, which generates a periodic voltage of rectangular wave form, the frequency of which is equal to half that of the periodic voltage generated by the generator 11. The periodic voltages of the generators 11 and 25 are each fed to an input circuit of the blocking modulator 23, the voltage originating from the generator 25 causing the modulator to suppress every second pulse of the voltage of the generator 11 so that only every second pulse reaches the amplitude modulator 26.
This modulator modulates the carrier wave generated and amplified by the unit 14 in such a way that only carrier wave pulses are fed to the antenna group 10, the duration of which corresponds to a small fraction of the period of their repetition. Since the frequency of the carrier wave supplied by the unit 14 of the antenna group increases by a constant amount between successive pulses, it is evident that there is. each pulse of the emitted carrier wave corresponds to a certain scanning angle of the beam.
As soon as it hits the aircraft P, the beam emitted by the antenna group 10 is reflected by the latter to the receiving antenna group 36. The energy received by this antenna group reaches the input circuit of the receiver 37. The tuning of this receiver changes synchronously with that of the generator of the unit 14 over the specific frequency range, and as a result this receiver is always tuned to the respective frequency of the carrier beam .
In this context, it should be mentioned that the quadrant scanning speed of the beam is not so great that the time it takes for the beam to travel from the antenna group 10 to the aircraft P and back to the antenna group 36, with regard to the tuning of the receiver 35 could play a role. The tuning of the receiver may change somewhat during this period of time, but its resonance characteristics are so broad, regardless of their sharpness, which is sufficient to prevent unwanted interference pulses from being received.
that the receiver is still practically maximally sensitive to the beam even in the case of the greatest distance of the aircraft from the antenna groups 10 and 36.
The received carrier wave is amplified in the receiver 37, and a demodulator combined with the amplifier picks up the amplitude modulation corresponding to the pulses supplied to the amplitude modulator 26 from the carrier wave and feeds it to the control electrode 35 of the cathode ray tube 27 in the form of voltage pulses.
It is evident that each; times, when the scanning beam hits the aircraft P, the control electrode 35 is supplied with a voltage pulse and by increasing the intensity of the cathode beam this generates a more luminous point P 'at a point of the radial lines appearing on the luminescent screen 33 which corresponds to the scanning angle under which the beam was emitted when it hit the plane. The display therefore indicates the direction of the aircraft P in relation to the antenna group 10.
Since the radial lines that have not been erased are drawn with a constant radial speed starting from the origin point o. The distance from point P 'from the point of origin o is proportional to the time it took for the emitted pulse to travel from antenna group 10 to aircraft P and back to antenna group 36 and thus proportional to the distance between the aircraft and the entire arrangement. The arrangement therefore indicates the angular direction or the azimuth and the distance of the aircraft in a flea image.
The preferred frequency of the generator 11 of twice the radius scanning frequency and of the quadrant scanning frequency generator 12 is determined in the individual case in the following way:
It is assumed that the range of the arrangement should be 150km s. It is known that the carrier wave takes a microsecond to travel 300m. Since the carrier wave now has to travel the distance there and back, its longest path is 300 km. Every radial line on the fluorescent screen of the cathode ray tube must therefore be drawn in the time it takes for the beam to travel 300 km. Since half of each radial line is canceled and only the other half is used, the radius scan period is 2 milliseconds.
As a result, the sawtooth-shaped oscillations generated by the radius sampling frequency generator 24 must have a frequency of 500 Hz, which results in the frequency of the periodic voltage of the generator 11 being 1000 Hz. If 50 lines are to appear on your fluorescent screen, as was assumed above, the frequency of the tooth-shaped oscillations generated by the quadrant sampling frequency generator 12 must be 10 Hz.
The antenna group 10 had previously been considered fixed. It could, however, be rotated around a horizontal axis normal to the plane of the dipole antennas 15 to 18 so that scanning can also take place around a horizontal axis (instead of just around a vertical axis). This horizontal axis is then perpendicular to the first-mentioned horizontal axis. In this case, the display on the fluorescent screen of the cathode ray tubes indicates the elevation angle of the aircraft P above the horizon and sfine distance from the arrangement.
The display surface of the cathode ray tube should preferably also be rotated by 90 about a horizontal axis so that it becomes clearer that the radial lines drawn on the leuclite screen correspond to the elevation angle of the scanning beam. correspond.
Although it was because of the great direction. Effect of the antenna group described is advantageous to use such an antenna group, but it can be useful in the event that a considerable change in the polarization of the carrier wave occurs. to use crossed dipole antennas.
4 shows an expedient device to supplement the arrangement described so far, in order to transmit the display obtained on the luminescent screen to a Karce M of the scanned area.
The transmission takes place with the help of a partially transparent mirror 47 which forms an angle of 15 ° with the axis of the cathode ray tube 27 and with the plane of the card M. An observer looking in the direction of the arrow at the fluorescent screen 33 of the tubes then sees the display on the fluorescent screen in correspondence with the mirror image of the card il1. Fixed DC voltages can be applied to the deflection electrodes 28 and 29 of the tubes in order to bring the point of origin o of the radial lines on the map into line with the location of the arrangement, and the amplitude of the vibrations of the generators 24.
12 and 31 can be set so that the distance scale given by the length of the radial lines corresponds to the scale of the map. Instead of using the mirror 47 according to FIG. 4, the map can be projected onto the fluorescent screen of the tubes 27 itself, or a transparent card can simply be placed on the fluorescent screen.
5 shows another embodiment of the arrangement according to the invention.
This is essentially the same as the arrangement according to FIG. 1, and identical parts thereof are denoted by the same reference numerals. The difference compared to the arrangement according to FIG. 1 is that the scanning in the arrangement according to FIG. 5 extends over the full azimuth circle, that is, not only 90 but 360 are scanned. For this purpose, the antenna arrangement 48 consists of four antenna groups 10, 10 ', 10 "and 10"', each of which corresponds to the antenna group 10 according to FIG.
Carrier wave generators, high-frequency amplifiers and frequency modulators 13-14, 13'-14 ', 13 "-14" and 13 "'14"' are connected to these antenna groups, and each of these units has an amplitude modulator with an amplitude modulation circuit 26, 26 ', 26 "and 26'" connected. Each dieer modulator contains an input circuit to which the periodic DC voltage pulses coming from the blocking modulator 23 are fed, and a second input circuit which is connected to the output circuit of a generator 49 generating rectangular oscillations and a generator 50 generating the same oscillations.
The generator 49 is referred to below as a cosine generator and the generator 50 as a sine generator to indicate that I3 the output currents of these generators are symmetrical with respect to the time axis, but phase-shifted by 90 relative to each other, as will be explained in more detail below
The input circuit of the cosine generator 49 is connected to the output circuit of a circle sampling frequency cosine generator 51, while the input circuit of the sine generator 50 is connected to the output circuit of a rice sampling frequency sine generator 52.
The input circuit of the generator 52 connects to the output circuit of the quadrant sampling frequency generator 12 which generates sawtooth-shaped vibrations, and an output circuit of the generator 52 is connected to the input circuit of the generator 51. Further output circuits of the generators 52 and 51 are connected to corresponding input circuits of balanced modulators 32 and 30, the further input circuits of which are connected to the output circuit of the sawtooth-shaped oscillations generating radius sampling frequency generator 24 in accordance with the arrangement according to FIG.
The input circuit of the carrier wave receiver 38 is connected to an omnidirectional antenna 36 ′.
The mode of operation of this arrangement is essentially the same as that of the arrangement according to FIG. 1, since each group of the antenna arrangement together with the generators and modulators connected to it corresponds to the arrangement according to FIG. The difference is essentially that the antenna groups 10, 10 ', 10 "and 10"' scan adjacent quadrants of the grises described around the vertical axis of the antenna arrangement in succession by each of the transmitter units 13-14, 13'-14 ', 13 "14 "and 13" '14 "'is effective for a quarter of the time which the scanning beam needs to scan the entire old man.
Before considering the manner in which the said transmitter units are successively brought into operation, it should be described how the cathode beam of the Robre 27 generates the pattern of radial lines required for this embodiment of the invention on the fluorescent screen. The circular sampling frequency sine generator 52 generates sinusoidal oscillations which are in a synchronized phase relationship to the sawtooth-shaped oscillations of the quadrant sampling frequency generator 12.
The ice sampling frequency cosine generator 51 derives, for example by integration, from the sinusoidal oscillations of the generator 52 likewise sinusoidal oscillations, however, their phase shifted by 90, which for the sake of simplicity are hereinafter referred to as cosine oscillationsx.
The vibrations generated by the generators 51 and 52 are fed to the input circuits of the balanced modulators 32 and 30 and pass through them to the pairs of deflection electrodes 28 and 29 of the tubes 27. If one first looks at the effect of the generator 24 and also the input circuits Apart from the sawtooth-shaped vibrations fed to the modulators 32 and 30, the voltages fed to the deflection electrodes by the modulators 32 and 30 both have a sinusoidal course, but are phase-shifted by 90 and therefore try to impart a circular motion to the Eathode beam of the Robre.
However, this movement is changed by the sawtooth-shaped oscillation of the radius sampling frequency generator 24 in such a way that the cathode ray records radial lines passing through a common point of origin. Corresponding to the arrangement of FIG. 1, one half of these lines is extinguished by the rectangular pulses of the radius scanning frequency generator 34 supplied to the control electrode 35.
So one after the other in four quadrants of the luminescent screen, radial lines starting from the point of origin are recorded, which together cover the entire area.
The cosine oscillations generated by the generator 51, the course of which is shown in FIG. 6g, are fed to the input circuit of the cosine generator 49, and oscillations of approximately right-angled course appear in the output circuit of the generator, as shown in FIG. 6k.
The sine oscillations generated by the generator 52, the course of which is shown in FIG. 6h, enter the input circuit of the sine generator 50, and oscillations of an approximately rectangular course also appear in the output circle of this generator, as shown in FIG.
6m shows. The rectangular cosine oscillations of the generator 49 are fed to the input circuits of the modulators 26 and 96 "'with positive polarity and the input circuits of the modulators 26' and 26" with negative polarity, while the rectangular m-sinus oscillations of the generator 50 are fed to the input circuits of the modulators 26 and 26 'with positive polarity and the input circuits of the modulators 26 "and 26'" with negative polarity.
As a result, rectangular oscillations result in the input circuits of the modulators 26, 26 ', 26 "and 26'", as shown in FIGS. 6tri, 6r, 6s and 6t. During the time during which there is a positive voltage in the input circuit of the modulator, transmits. this modulator sends the periodic pulses from the blocking modulator 23 to the transmitter unit 13-14, 13'-14 'etc. connected to it. These last-mentioned units only emit an output power during the time during which voltage pulses are supplied to them.
In the input circuit of each modulator, there is now a positive voltage only for a quarter of the time that is necessary to make all modulators effective one after the other. During this quarter time, the frequency of the carrier wave generated by the associated transmitter unit 13-14, 13'-14 'etc. changes under the influence of the sawtooth-shaped oscillations fed from the quadrant sampling frequency generator 12 to the frequency modulator of the transmitter unit concerned. so there. the antenna groups 10, 10 'etc. scan one quadrant of the full circle one after the other.
The beam reflected by the aircraft P is fed from the receiving antenna 36 ′ to the input circuit of the receiver 37, 38.
The output voltage of this receiver causes, with the aid of the control electrode 35 of the cathode ray tubes 27, a bright point on one of the radial lines of the screen 33 which indicates the azimuth and the distance of the aircraft.
The arrangements described have the advantage that the location of one or more objects in space which reflect the signal beam, for example the location of aircraft or ships in the scanned space, is indicated in the form of a surface image. This type of information is considerably cheaper than the information provided by the known arrangements of this type in the form of a photographic or graphic image. Since the scanning beam is fan-shaped in the vertical plane, the display is also not noticeably affected by slight displacements of the vertical scanning axis, such as those caused by the rocking or rolling of a ship or aircraft provided with the arrangement.
The strength of the received carrier wave energy can be increased considerably by providing the object with reflectors to intensify the reflection of the scanning carrier waves or with transmitters that automatically amplify the received carrier waves, which in the present context is also referred to as ¸reflecting ’ .
If the arrangement is used, for example, to find enemy aircraft and to direct defensive aircrafts of one's own, the own aircraft are appropriately locked out with such automatic return transmitters. In this case, the carrier wave energy received by own planes will be much stronger than the energy reflected from enemy planes, and as a result, own planes will be displayed on the CRT screen by lighter dots than the enemy ones so that they can be easily distinguished from them can be.
Although electrical means were used in the described exemplary embodiments of the invention to bring about the scanning movement of the scanning beam, it is evident that there is. the scanning movement is also achieved by mechanical movement of the scanning means, for example by periodically rotating the antenna groups 10 and 36 about the desired scanning axis; can be. In this case, the scanning voltages supplied by the generators 12, 31 and 24 would have to be synchronized with the movement of the mechanical scanning means, or they must be derived directly from them.
In addition, the scanning beam does not necessarily have to consist of electromagnetic oscillations, but can also be formed, for example, by ultrasonic waves, especially when it comes to searching for submarines.